DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-024-05867-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38365881
تاريخ النشر: 2024-02-16
المؤلف: Ainize Peña‐Cearra وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاستجابات المناعية والتطعيمات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في ظاهرة المناعة المدربة في خلايا المناعة الفطرية، مع التركيز بشكل خاص على دور البكتيريا المعوية المتعايشة أكيرمانسيا موكينيفيلا (A. muciniphila). تكشف الدراسة أن تحفيز البلعميات باستخدام A. muciniphila الحية يعزز قدرتها على البقاء في مواجهة التحديات البكتيرية بينما يقلل في الوقت نفسه من إفراز السيتوكينات المؤيدة للالتهابات (TNF) والمضادة للالتهابات (IL-10). وهذا يشير إلى تحول في استجابة البلعميات، يتميز بإعادة برمجة نسخية تزيد من تعبير الجينات المرتبطة بالبلعمة والتعديلات الأيضية الملائمة للمناعة المدربة، بينما تقلل من تعبير الجينات الرئيسية المعنية بقتل البكتيريا والاستجابات المؤيدة للالتهابات.
تؤكد هذه النتائج على أهمية أعضاء محددين من الميكروبيوم المعوي في تشكيل الاستجابات المناعية الفطرية على المدى الطويل وتبرز إمكانيات A. muciniphila كمنتج بروبيوتيك مضاد للالتهابات. تسهم الدراسة في فهم التفاعلات المعقدة بين تجمعات الميكروبات ونظام المناعة الفطرية لدى المضيف، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للآليات التي من خلالها تعدل الكائنات المتعايشة الاستجابات المناعية.
الطرق
تحدد قسم الطرق الاعتبارات الأخلاقية وظروف الإيواء للمواضيع الحيوانية، بالإضافة إلى الحصول على عينات بشرية. تم إجراء جميع التجارب الحيوانية وفقًا لمجلس أخلاقيات البحث الحيواني في CIC bioGUNE، مع الالتزام بتوجيهات مجلس الاتحاد الأوروبي 2010/63/EU واللوائح الحكومية الإسبانية (RD 53/2013). تم إيواء الفئران في بيئة خالية من مسببات الأمراض المحددة، مع الحفاظ على درجة حرارة مضبوطة تبلغ 23 ± 1 °C، مع دورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة وتوفير الغذاء بحرية.
تم جمع عينات دم بشرية من متبرعين أصحاء بموافقة مستنيرة، تمت الموافقة عليها من قبل بنك الأنسجة الباسكي ولجنة الأخلاقيات في إقليم الباسك، بما يتماشى مع اتفاقية هلسنكي واللوائح الأخلاقية ذات الصلة لأبحاث البشر. يضمن هذا الالتزام الصارم بالمعايير الأخلاقية نزاهة البحث الذي يشمل كل من المواضيع الحيوانية والبشرية.
النتائج
تظهر النتائج أن *A. muciniphila* يمكن أن تبقى على قيد الحياة داخل الخلايا البلعومية، وبشكل خاص البلعميات المشتقة من نخاع العظام (BMMs) والوحيدات البشرية. كشفت اختبارات الحماية بالمضادات الحيوية في المختبر أن *A. muciniphila* ظلت قابلة للحياة داخل هذه الخلايا المناعية لمدة تصل إلى 24 ساعة، كما تم تأكيد ذلك من خلال صبغة Live/Dead والميكروسكوبية المجهرية التداخلية. وهذا يشير إلى أن البكتيريا لا تبقى على قيد الحياة فحسب، بل قد تؤثر أيضًا على الاستجابات المناعية من خلال الإقامة داخل البلعميات.
علاوة على ذلك، درست الدراسة قدرة البكتيريا على الهروب من البلعميات بعد البلع. بعد فترة من العلاج بالمضادات الحيوية للقضاء على البكتيريا خارج الخلوية، وُجدت كميات مماثلة من *A. muciniphila* القابلة للحياة في كل من الحُجرات داخل الخلوية وخارج الخلوية بعد 24 ساعة في وسط خالٍ من المضادات الحيوية. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن *A. muciniphila* تمتلك القدرة على الاستعمار والبقاء والهروب من البلعميات، مما يبرز دورها المحتمل في تعديل الاستجابات المناعية.
المناقشة
تسلط الدراسة الضوء على التأثيرات المناعية الحركية لـ *Akkermansia muciniphila* الحية (A.m) على استجابات البلعميات، مما يظهر قدرتها القوية على تنشيط المسارات المؤيدة للالتهابات في البلعميات المشتقة من نخاع العظام (BMMs) غير الناضجة. أدى التعرض الحاد لـ A.m الحية إلى ارتفاع كبير في مستويات TNF (p = 0.0001) وزيادة تعبير جينات السيتوكينات والكيماوكينات المؤيدة للالتهابات، بما في ذلك *Il1b* (p = 0.0021) و *Il6* (p = 0.0068)، مقارنةً بـ A.m الميت بالحرارة. بالإضافة إلى ذلك، حفزت A.m الحية تعبير مستقبلات التعرف على الأنماط، مثل *Tlr2* و *Tlr4*، مما يشير إلى استجابة نسخية قوية تعزز تنشيط البلعميات. في المقابل، أظهرت A.m الميتة بالحرارة قدرة مخفضة على إثارة مثل هذه الاستجابات، مما يبرز أهمية صلاحية البكتيريا في تعديل الوظائف المناعية.
علاوة على ذلك، تكشف الدراسة أن A.m الحية تعزز نمطًا مضادًا للالتهابات في البلعميات المعوية النشطة، خاصة في سياق التهاب القولون. لم تؤدِ تحفيز أقسام القولون الملتهبة باستخدام A.m الحية إلى زيادة تعبير السيتوكينات المؤيدة للالتهابات، على عكس A.m الميتة بالحرارة أو *E. coli* الممرضة، وبدلاً من ذلك زادت من إنتاج IL-10 (p = 0.0035). وهذا يشير إلى أن A.m الحية قد تساعد في الحفاظ على توازن الأمعاء من خلال تقليل الاستجابات الالتهابية. تشير النتائج أيضًا إلى أن التعرض المسبق لـ A.m الحية يعزز بقاء البلعميات ويغير ملفاتها الالتهابية على المدى الطويل، مما يؤدي إلى تقليل إنتاج السيتوكينات عند التحديات اللاحقة. بشكل عام، توضح الدراسة التفاعلات المعقدة بين *A. muciniphila* ونظام المناعة، مما يبرز إمكانياتها كعامل علاجي في إدارة التهاب الأمعاء وتعزيز التسامح المناعي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-024-05867-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38365881
Publication Date: 2024-02-16
Author(s): Ainize Peña‐Cearra et al.
Primary Topic: Immune responses and vaccinations
Overview
The research investigates the phenomenon of trained immunity in innate immune cells, particularly focusing on the role of the gut commensal bacterium Akkermansia muciniphila (A. muciniphila). The study reveals that priming macrophages with live A. muciniphila enhances their ability to survive bacterial challenges while simultaneously reducing the release of pro-inflammatory (TNF) and anti-inflammatory (IL-10) cytokines. This suggests a shift in the macrophage response, characterized by a transcriptional reprogramming that increases the expression of genes associated with phagocytosis and metabolic adjustments conducive to trained immunity, while downregulating key genes involved in bacterial killing and pro-inflammatory responses.
These findings underscore the significance of specific gut microbiota members in shaping long-term innate immune responses and highlight the potential of A. muciniphila as an anti-inflammatory probiotic. The study contributes to the understanding of the complex interactions between microbial populations and the host’s innate immune system, emphasizing the need for further exploration of the mechanisms by which commensals modulate immune responses.
Methods
The methods section outlines the ethical considerations and housing conditions for animal subjects, as well as the acquisition of human samples. All animal experiments were conducted in accordance with the Animal Research Ethics Board of CIC bioGUNE, adhering to the European Union Council Directive 2010/63/EU and Spanish Government regulations (RD 53/2013). Mice were housed in a specific pathogen-free environment, maintained at a controlled temperature of 23 ± 1 °C, with a 12-hour light/dark cycle and provided food ad libitum.
Human blood samples were collected from healthy donors with informed consent, approved by the Basque Biobank and the Basque Country’s Ethics Committee, in compliance with the Helsinki Convention and relevant ethical regulations for human research. This rigorous adherence to ethical standards ensures the integrity of the research involving both animal and human subjects.
Results
The results demonstrate that *A. muciniphila* can survive intracellularly within phagocytic cells, specifically bone marrow-derived macrophages (BMMs) and human monocytes. In vitro antibiotic-protection assays revealed that *A. muciniphila* remained viable inside these immune cells for up to 24 hours, as confirmed by Live/Dead staining and confocal microscopy. This suggests that the bacterium not only survives but also potentially influences immune responses by residing within phagocytes.
Furthermore, the study investigated the bacterium’s ability to escape from macrophages post-phagocytosis. After a period of antibiotic treatment to eliminate extracellular bacteria, similar quantities of viable *A. muciniphila* were found in both intracellular and extracellular compartments after 24 hours in antibiotic-free medium. These findings collectively indicate that *A. muciniphila* possesses the capability to colonize, survive, and escape from phagocytes, highlighting its potential role in modulating immune responses.
Discussion
The research highlights the immunomodulatory effects of live *Akkermansia muciniphila* (A.m) on macrophage responses, demonstrating its potent ability to activate pro-inflammatory pathways in naïve bone marrow-derived macrophages (BMMs). Acute exposure to live A.m resulted in significantly elevated levels of TNF (p = 0.0001) and upregulation of pro-inflammatory cytokine and chemokine genes, including *Il1b* (p = 0.0021) and *Il6* (p = 0.0068), compared to heat-killed A.m. Additionally, live A.m stimulated the expression of pattern-recognition receptors, such as *Tlr2* and *Tlr4*, indicating a robust transcriptional response that enhances macrophage activation. In contrast, heat-killed A.m exhibited a diminished capacity to elicit such responses, underscoring the importance of bacterial viability in modulating immune functions.
Furthermore, the study reveals that live A.m promotes an anti-inflammatory phenotype in activated intestinal macrophages, particularly in the context of colitis. Stimulation of inflamed colon sections with live A.m did not increase pro-inflammatory cytokine expression, unlike heat-killed A.m or pathogenic *E. coli*, and instead enhanced IL-10 production (p = 0.0035). This suggests that live A.m may help maintain gut homeostasis by reducing inflammatory responses. The findings also indicate that pre-exposure to live A.m enhances macrophage survival and alters their long-term inflammatory profiles, leading to reduced cytokine production upon subsequent challenges. Overall, the study elucidates the complex interactions between *A. muciniphila* and the immune system, emphasizing its potential as a therapeutic agent in managing gut inflammation and promoting immune tolerance.